Prof. Dr. Thorsten Jungmann (Stand 2025-09-03)
Die elektrische Feldstärke beschreibt, wie stark das elektrische Feld an einem bestimmten Punkt ist und charakterisiert damit die räumliche Verteilung der Kraft, die ein elektrisches Feld auf eine Ladung ausübt.
Vektorgröße im homogenen Feld → skalare Größe
Es handelt sich hier um eine vektorielle Größe. Diese wird in diesem Skript allerdings konventionsgemäß im Kontext des homogenen Feldes als skalare Größe behandelt (zur ausführlichen Begründung).
1 Formelzeichen und Einheit
Das Formelzeichen der elektrischen Feldstärke ist .
Ihre Dimension (Einheit) ist Volt pro Meter, abgekürzt mit dem Einheitszeichen .
(sprich: „Die Dimension von E ist Volt pro Meter.“)
Alternativ kann die elektrische Feldstärke auch in Newton pro Coulomb angegeben werden: , da beide Einheiten äquivalent sind. Dies zeigt den engen Zusammenhang mit der im Feld wirkenden Kräfte auf die Ladungen.
Zur Kennzeichnung einer ortsabhängigen elektrischen Feldstärke wird das Formelzeichen für den Feldstärkevektor verwendet, da die elektrische Feldstärke eine vektorielle Größe ist. Ohne die Vektoreigenschaft ist die betragsmäßige Größe gemeint.
2 Praxis-/Rechenbeispiele
2.1 Kraft auf Ladung
Die Kraft auf eine Punktladung im elektrischen Feld wird beschrieben durch:
Dabei ist:
- die Kraft auf die Ladung
- die elektrische Ladung
- die elektrische Feldstärke
2.2 Plattenkondensator
Die elektrische Feldstärke zwischen den Platten eines Kondensators wird beispielsweise so angegeben:
2.3 Durchschlagfestigkeit von Luft
Die Durchschlagfeldstärke von Luft bei Normalbedingungen beträgt:
Der Abstand zu einer Hochspannungsleitung, die 380 kV führt, muss daher mindestens ca. 13 cm betragen, um einen Durchschlag zu verhindern. Selbstverständlich werden in der Praxis um ein Vielfaches höhere Sicherheitszuschläge veranschlagt.
3 Gängige Größenordnungen
Während in der Nähe geladener Gegenstände im Haushalt elektrische Feldstärken von wenigen bis auftreten, können in Kondensatoren elektrische Feldstärken von mehreren erreicht werden. Bei Blitzentladungen treten kurzzeitig Feldstärken von über auf.
4 Formulierungsbeispiele
- „Die elektrische Feldstärke zwischen den Kondensatorplatten beträgt .”
- „Bei einer Feldstärke von erfolgt der Durchschlag in Luft.”
- „Die zulässige elektrische Feldstärke in der Isolation darf nicht überschreiten.”
- „Im Abstand von zur geladenen Kugel herrscht eine Feldstärke von .“
5 Verwandte Größen
- Die Durchschlagfestigkeit von Isolatoren wird als elektrische Feldstärke angegeben.
- Die elektrische Kraft auf eine Ladung im Feld:
- Die elektrische Flussdichte und elektrische Feldstärke sind über die Permittivität verbunden:
6 Relevante Bauteile
- Kondensator: Bestimmung der Feldstärke zwischen den Elektroden
- Isolator: Prüfung der Durchschlagfestigkeit